Née le 8 décembre 1993 à Denver, AnnaSophia est la fille unique d'un architecte et d'une décoratrice d'intérieur. Très tôt elle suit des cours de comédie pour enfants, mais doit attendre l'âge de neuf ans avant de réellement débuter sa carrière.
Elle décroche dès sa première audition une participation à un spot radiophonique à diffusion nationale et affronte pour la première fois les caméras dans le court métrage Daddy's day réalisé par un cinéaste de sa ville.
On a pu ensuite la voir, en mai 2003, dans un spot à grande diffusion pour McDonald's et les poupées Bratz.
Au cinéma, depuis
Winn-Dixie mon meilleur ami de
Wayne Wang qui marque son premier rôle professionnel, elle a tourné aux côtés de
Johnny Depp dans
Charlie et la chocolaterie de
Tim Burton, avant d'incarner un des personnages principaux de l'adaptation du
Secret de Terabithia au cinéma en 2007. La même année, elle apparaît en jeune sauvageonne tyrannisée dans Les Châtiments ainsi que dans
La Montagne ensorcelée ou elle interprète une jeune extraterrestre nommée Sara venu sauver sa planète avec son frère Seth.
En plus d'être actrice, AnnaSophia interprète la bande originale du film Le Secret de Térabithia, danse (hip-hop, jazz, danse irlandaise), et est aussi mannequin dans des défilés de mode.